Розрахунок захисного заземлення

Для запобігання електричних травм, які можуть бути викликані при торканні металевих конструкцій або корпусів електроустаткування, що опинилися під напругою внаслідок пошкодження ізоляції, а також для захисту апаратури влаштовуються захисні заземлення.

Захисне заземлення – це навмисне електричне з’єднання із землею чи її еквівалентом металевих не струмопровідних частин електроустаткування, що можуть опинитися під напругою в аварійній ситуації (внаслідок замикання на корпус, удару блискавки та ін.).

Мета влаштування захисного заземлення – забезпечення безпеки експлуатації електричного устаткування у разі доторкання людини до корпусу чи інших металевих не струмопровідних частин, які потрапили під напругу внаслідок виникнення аварійної ситуації. Ця мета досягається за рахунок зниження потенціалу обладнання, що заземлено, а також вирівнювання потенціалів основи, де стоїть людина, і обладнання, відносно якого виконано захисне заземлення.

Захисному заземленню підлягають металеві не струмопровідні частини обладнання, що є доступними для доторкання людиною і не мають інших засобів електричного захисту.

Захисне заземлення електроустановок слід виконувати:

1) при номінальній напрузі 380 В і вище змінного струму й 440 В і вище постійного струму - у всіх випадках;

2) при номінальній напрузі від 42 В до 380 В змінного струму й від 110В до 440 В постійного струму при роботах в умовах з підвищеною небезпекою й особливо небезпечних.

Згідно з класифікацією приміщень за ступенем небезпеки ураження електричним струмом (ПУЕ 1.1.6.), приміщення в якому проводяться всі роботи відноситься до першого класу (без підвищеної небезпеки). Під час роботи використовуються електроустановки з напругою живлення 36 В, 220 В, та 360 В. Опір контуру заземлення повинен мати не більше 4 Ом.

Розрахунок проводять за допомогою методу коефіцієнта використання (екранування) електродів. Коефіцієнт використання групового заземлювача η – це відношення діючої провідності цього заземлювача до найбільш можливої його провідності за нескінченно великих відстаней між його електродами.

Коефіцієнт використання вертикальних заземлювачів η_в в залежності від розміщення заземлювачів та їх кількості знаходиться в межах 0,4…0,99. Взаємну екрануючу дію горизонтального заземлювача (з’єднувальної смуги) враховують за допомогою коефіцієнта використання горизонтального заземлювача η_г.

Послідовність розрахунку.

1. Визначити нормативне значення опору захисного заземлення Rз

згідно з Таблицею – 1.1.1

 

Таблиця 1.1.1 Найбільші значення опорів заземлюючих пристроїв велектро-установках

Характеристика установок	Найбільшіопоризаземлюючогопристрою, Ом
Установки напругою до 1000 В З глухозаземленоюнейтраллю: а) опір заземлюючого пристрою, з урахуванням природних заземлювачів і заземлювачів повторних заземлень нульового проводу:   - для мережі 380/220 В

 

2. Обрати питомий опір грунту.Опір заземлення в значній мірі залежитьвід питомого опору ґрунту ρ, Омм. Питомий опір ґрунту залежить від характеру ґрунту, а також від пори року. Найбільшу величину він має в холодний період у північних районах при промерзанні ґрунту або в теплий період в південних районах.

За таблицею 1.1.2 вибрати приблизне значення питомого опору ґрунту ρ.

Таблиця 1.1.2 – Приблизні значення питомих електричних опорів різних ґрунтів, Омм

Тип ґрунту	Питомий опір ґрунту*, Омм
Межі коливань,	Рекомендоване значення для розрахунків
Глина (г)	8–70
Суглинок (с)	40–150
Чорнозем (ч)	9–53
Садова земля (с.з)	30–60
	Примітки: 1. Питомий електричний опір ґрунту є опір куба ґрунту з ребром 1 м. 2. У випадку малого відсотка вмісту вологи в ґрунті можливі більші значенняопорів. 3.Питомі опори ґрунтів коливаються протягом року, що враховують прирозрахунках введенням так званих сезонних коефіцієнтів опору ґрунту.

 

За таблицею 1.1.3 вибрати значення коефіцієнтів сезонності для вертикальних заземлювачів ψ_в, та горизонтальних ψ_г відповідно до кліматичної зони.

Таблиця 1.1.3 – Коефіцієнти сезонності ψ для однорідної землі при вимірюванні її опору

Кліматична зона	Вологість землі при вимірюванні
підвищена	нормальна	мала	підвищена	нормальна	мала
	ψвдля вертикального електрода довжиною lВ =3 м	ψг для горизонтального електрода довжиною lг =10 м
І II III IV	1,9 1,7 1,5 1,3	1,7 1,6 1,3 1,1	1,5 1,3 1,2 1,0	9,3 5,9 4,0 2,5	5,5 3,5 2,5 1,5	4,1 2,5 2,0 1,1
	ψвдля вертикального електрода довжиною lВ =5 м	ψг для горизонтального електрода довжиною lг 50 м
І II III IV	1,5 1,4 1,3 1,2	1,4 1,3 1,2 1,1	1,3 1,2 1.1 1,0	7,2 4,8 3,2 2,2	4,5 3,0 2,0 1,4	3,6 2,4 1,6 1,12

3. Враховуючи питомий опір ґрунту ρ такоефіцієнти сезонності ψ_в і ψ_г визначити розрахунковий питомий опір ґрунту відповідно для вертикальних заземлювачів ρ_розр.в, і горизонтальних ρ_розр.г, Ом·м

Розрахувати питомий опір ґрунту, ρ_розр, Ом·м, за формулою ρ_розр = ψρ:

ρ_розр.в =1,6·30=48 Ом·м (1.1.1)

ρ_розр.г=3,5·30=105 Ом·м

де ψ – коефіцієнт сезонності (таблиця 6.1.3);

ρ – табличне значення питомого опору ґрунту, Ом·м (таблиця 1.1.2).

Враховуючи питомий опір ґрунту ρ та коефіцієнти сезонності ψ_в і ψ_г визначається розрахунковий питомий опір ґрунтувідповідно для вертикальних заземлювачів ρ_розр.ві горизонтальних ρ_розр.г, Ом·м

4. Розрахувати опір розтікання струму вертикального заземлювача R_о, Ом, за формулою:

)

(1.1.2)

Де l – довжина вертикального заземлювача;

d – діаметр заземлювача, (з таблиці завдання);

t – відстань від поверхні землі до середини заземлювача (Рис.6.1.1), яка визначається за формулою:

(1.1.3)

де h – глибина закладання заземлювачів (з завдання).

 

5. Визначити орієнтовну кількість вертикальних заземлювачів n, штук, без урахування коефіцієнта використання η_в, за формулою:

(1.1.4)

Відповідно до розрахованого значення n за таблицями 6.4, визначається коефіцієнт використання вертикальних заземлювачів η_в.

 

Табл. 1.1.4- Коефіцієнти використання вертикальних заземлювачів η_{в ..}

Число заземлювачів	Відношення відстані між заземлювачами до їх довжини а/l
Заземлювачі розміщені в ряд	Заземлювачі розміщені пол. контуру
	0,85	0,91	0,94	-	-	-
	0,73	0,83	0,89	0,69	0,78	0,85
	0,65	0,77	0,85	0,61	0,73	0,80
	0,59	0,74	0,81	0,56	0,68	0,76
	0,48	0,67	0,76	0,47	0,63	0,71
	-	-	-	0,41	0,58	0,66
	-	-	-	0,39	0,55	0,64
	-	-	-	0,36	0,52	0,62

 

η_в = 0,69по таблиці 1.1.4

 

Рисунок 6.1.1 – Схема позначення розмірів для розрахунку захисного заземлення

1 – заземлювач; 2 – з’єднувальна стрічка; h_В – глибина закладання вертикальних заземлювачів; L – відстань між заземлювачами; t – відстань від середини заземлювача до поверхні ґрунту; l – довжина заземлювача; b_C – ширина стрічки

6. Визначити необхідну кількість вертикальних заземлювачів з урахуванням коефіцієнта використання, n_в, шт:

(1.1.5)

7. Визначити довжину з’єднувальної стрічки горизонтального заземлювача l_C, м:

l_c=1.05·L_в·(n_в-1)

 

l_c =1,05·2,9·(5-1)=12,18м(1.1.6)

деL_в – відстань між вертикальними заземлювачами, (прийняти за L_в = 3м);

n_в – необхідна кількість вертикальних заземлювачів.

8. Визначається опір розтіканню струму горизонтального заземлювача (з’єднувальної стрічки) Rс, Ом:

(1.1.7)

де d – еквівалентний діаметр смуги шириною b, d =0,95b, b - з таблиці завдання.

9. За таблицею 6.1.6 визначається коефіцієнт використання горизонтального заземлювача η_{г .} відповідно до необхідної кількості вертикальних заземлювачів n_в.

n_{в =0,4}

Таблиця.1.1.5 Коефіцієнти використання горизонтальних заземлювачів η_{г .}

10. Розрахувати еквівалентний опір заземлюючого пристрою з урахуванням з’єднувальної смуги:

 

(1.1.8)

11. Отримане значення еквівалентного опору не повинно перевищувати нормативне значення опору захисного заземлюючого пристрою, що визначене за п. 1 алгоритму.

Rе ≤ Rз.

3< 4 (1.1.9)

Якщо отриманий опір групового заземлюючого пристрою менший за нормативне значення, розрахунок захисного заземлення вважається виконаним.

Якщо опір групового заземлюючого пристрою, що отриманий після розрахунку, перевищує нормативне значення, необхідно коригувати наступні параметри й характеристики захисного заземлення: кількість вертикальних електродів, конфігурацію захисного заземлюючого пристрою. Після коригування треба виконати повторний розрахунок, починаючи з п. 5 алгоритму.

Вихідні дані для виконання розрахунку захисного заземлення наведені в таблиці. 1.

12. Скласти схему захисного заземлення (Рис.1.1.2).

Рис.6.1.2 – Схема захисного заземлення